精度0.05mmの6軸ロボットの秘訣（2021）[動画]

 (youtube.com)
2 ポイント 投稿者 GN⁺ 2024-10-27 | 1件のコメント | WhatsAppで共有

関連記事

1件のコメント

 
GN⁺ 2024-10-27
Hacker News の意見

  • 以前にも、ロボットアームに IMU を追加する別の方法は見たことがある。異なる2種類のセンサーを組み合わせることを センサーフュージョン と呼び、IMU と GPS を併用し、カルマンフィルター を組み合わせて非常に正確な位置値を得る方法は一般的
    この動画で特に素晴らしいのは、新しいセンサーをモーター内部に組み込むことで、全体をはるかに小さく、堅牢にできた点
    [1] https://en.wikipedia.org/wiki/Inertial_measurement_unit
    [2] https://en.wikipedia.org/wiki/Sensor_fusion
    [3] https://en.wikipedia.org/wiki/Kalman_filter

  • こういうものを作ってみたいなら、新しい Raspberry Pi Pico 2 はここで使われているチップより性能が数桁高く、価格は半分程度
    現時点で入門用の32ビット ARM/RISC 組み込みデバイスとしては、コスパが圧倒的に良さそう

    • 正誤表9番 によると、内部プルダウンではなく外部プルダウンを入れる必要がある点は知っておくべき
    • 今となっては比較的古いが、Teensy 4.1 でも依然として素晴らしい性能が得られている。価格は30ドル程度で少し高いが、Cortex M7 600MHz で動作し、入出力やプロトコルも十分に提供されている
    • かっこいいけど、では トレードオフ は何？

  • より難しい作業で「箱から出したまま」の精度を高めるために、補助エンコーダー を使う大型産業用ロボットもある
    補助関節フィードバックをロボット構造や機械部の運動学モデルと組み合わせ、実際のロボット工具先端がどこにあるかをより正確に予測する
    https://electroimpact.com/Products/Robots/AchievingAccuracy

    • では 基本エンコーダー は何に使うの？

  • ロボットがまったく同じ一連の動作を延々と繰り返している様子だけを見て バックラッシュ を判断することはできない。そうすると定義上、ヒステリシスが問題から外れてしまう

    • 同じ動作ではないように見えるけど？ 2回目の移動は反対側へ行っているじゃないか

  • 良いとは思うが、あのロボットは実際の作業をしているわけではないのでは？
    無負荷状態でバックラッシュの大きいシステムの位置精度を高めることが、どんな有用な応用につながるのかあまり想像できない。単に自分の想像力が足りないだけかもしれないが
    最近は、悪いハードウェアを作ったり買ったりしてもソフトウェアが解決してくれるという流れがあるが、それが成果を出した例をあまり見ていない。Tesla が自動運転にウェブカメラを使う事例や、Boeing が航空機を設計した後に欠陥のある姿勢センサーを使った事例が思い浮かぶ
    ロボットが何か有用なことをしていたならずっと印象的だっただろうし、実際の適用可能性はかなり限られているのではないかと疑っている

    • Boeing の例は単純化しすぎだと思う。目的は Airbus と競合できる効率的な航空機を作りつつ、新型式認証にかかる費用と遅延を避けることだった
      そのためには同じ機体により大きなエンジンを載せる必要があり、その結果エンジンをより前方に取り付ける必要が出て、飛行特性が変わり、再訓練が必要になった。再訓練は販売に致命的だったので、旧型 737 のように飛んでいるように見せるためのソフトウェアシステムを後付けした
      そうすれば、操縦士は iPad の教育課程だけでアップグレードできた。この補正システムは、操縦士が高迎角で失速に陥る問題に気づかないようにする必要があり、そのため MCAS は検知された迎角に基づいて機首を下げるために AoA センサーを使う
      AoA センサーはもともと、生死に関わる直接的な中核入力として使われるようには設計されておらず、時々固着したり故障したりした。MCAS はそのうち1つだけを入力として使っていた。MCAS が機首下げが必要だと誤判断し、操縦士が 737 の訓練通りに対応すると、その日が最後の飛行になる。その飛行機は墜落する
      結局 Boeing は、このひどい計画のあらゆる段階でより多く儲けようとして人々を死なせたということ。元の論旨には同意するが、Boeing はほぼ最悪の悪意ある設計に近いので、別枠にすべき
    • 荷重を持たずに非常に精密に動く必要があるロボット用途としては、座標測定機 のようなロボット測定システムがある: https://en.wikipedia.org/wiki/Coordinate-measuring_machine
    • その後の動画を見ると、サーボが長いアームの先で重りを持ち上げる場面が出てくる

  • こういう アナログ測定器 を使ったことがある人に質問。カメラが表示値を読もうとして拡大する前に、指針が1周するように見えるのだが、この動画が主張する精度を本当に示しているのだろうか？

    • 全編は見ていないが、おそらく「x を 0.00 から 10.00 へ移動」させ、ゲージが最終移動位置は実際には 10.05 だったことを示したのだと思う
      あの装置があれほどふにゃふにゃしていることを考えると、かなり印象的
      ただし、こうしたゲージで負方向の移動を測るには、予圧 をかけて「正」の範囲内へ押し込んでおく必要がある。そうしているようには見えるが、今さらに深く分析しない限り100%確信はできない
      また、ゲージ自体がある程度の予圧を提供するため、システムのガタをかなり取り除いて、精度が実際より良く見えている可能性もある
    • その通り。先端の球には一定の半径があり、その球が半径分だけ押される、つまり接触点が正確に中心線に来ると、インジケーターは再び0を指す
      接触が切れている状態なら、本来あるべき地点から少なくとも1mmは外れているという意味に近い
      通常は、この2つの状況のどちらにいるかを示す2本目の針があるが、こうした装置を使う文脈では、1mmもずれていれば状況は非常に明確なので不要だと考えたのだと思う

  • 100ドルで買える3軸ロボット、つまり 3Dプリンタ は、どうやって静的精度0.05mmを出しているのだろうか？
    これは制御理論ではなく、機械構造とステッピングモーターの問題

    • ガントリー構造とアーム構造の間の トレードオフ である
    • その通りだが、それはロボットアームではないので面白みはやや薄い。アームの長さは誤差を増幅するため、プリンタと同じ位置精度を出す「機械構造とステッピングモーター」ベースのアームを作るには、モーターがはるかに高精度である必要があるか、減速するなら産業用ロボットアームのようにバックラッシュが極めて小さくなければならない
    • 0.05mm以下の精度を持つx/y、必要ならzシステムを再現する最良の方法は何だろうか。もちろん速度を犠牲にしない条件で

  • 精度が必要なとき、ロボットで パンタグラフ がもっと使われない理由がいつも気になっていた
    精密な木材切断や、木材・金属の彫刻などに使われる方式だ
    https://en.wikipedia.org/wiki/Pantograph
    https://youtu.be/s56J_Rnh_Co
    「大きい」側を駆動して「小さい」側を動かせば、高い精度が得られる

    • Feynmanが https://calteches.library.caltech.edu/1976/1/1960Bottom.pdf の6〜7ページで、パンタグラフと精度の問題を扱っている。自分では深く考えたことはない
    • パンタグラフは概して2次元では有用で、2次元だけで足りるロボットなら、単に レール を使うほうがより正確だ

  • 本当に見事な エンコーダのトリック だ。ここまで良いとは思っていなかったが、動画では確かに良さそうに見える

    • この動画が示しているのは、ほとんどが同じ方向に繰り返すときの 繰り返し精度 であって、絶対的な静的精度ではない。個々のモーターのバックラッシュは補正できるが、リンクのガタやたわみは補正できない
      ここではDCモーターを使っている。最新の3相サーボモーターを使えば、モーターが実際に何をしているのかをより多く把握できる